DE112013007109B4 - Packages for micro-electromechanical system devices and method of making the package for micro-electromechanical systems devices - Google Patents
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Abstract
Gehäuse (11) für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen, umfassend:
- ein Substrat (12) mit einer ersten Substratebene (13) und einer zweiten Substratebene (14), welche auf der der ersten Substratebene (13) gegenüberliegenden Seite des Substrats (12) angeordnet ist, und mit einem ersten (15) und einem zweiten (15') Anschlusskontakt, die auf der ersten Substratebene (13) angeordnet sind,
- eine MEMS-Vorrichtung (18) mit einer ersten (19) und einer zweiten (19') Kontaktstelle, die auf einer Vorderseite der MEMS-Vorrichtung angeordnet sind, wobei die MEMS-Vorrichtung (18) mittels Flipchip-Technologie auf der ersten Substratebene (13) montiert ist, die Vorderseite der ersten Substratebene (13) gegenüberliegt und die erste (19) und zweite (19') Kontaktstelle mit dem ersten (15) und zweiten (15') Anschlusskontakt elektrisch verbunden sind, wodurch ein Zwischenraum (21) zwischen der MEMS-Vorrichtung (18) und der ersten Substratebene (13) ausgebildet ist,
- einen Film aus einem nicht verdampfbaren Getter-Material (22), der auf der ersten Substratebene (13) zumindest teilweise in dem Zwischenraum (21) angeordnet ist,
- eine Deckstruktur (23), welche die MEMS-Vorrichtung (18) kapselt, indem sie mit der ersten Substratebene (13) versiegelt ist und die MEMS-Vorrichtung (18) zwischen der ersten Substratebene (13) und der Deckstruktur (23) einschließt,
- einen dritten (16) und einen vierten (16') Anschlusskontakt, die auf der zweiten Substratebene (14) angeordnet sind, wobei der dritte (16) Anschlusskontakt mit dem ersten (15) Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist und der vierte (16') Anschlusskontakt mit dem zweiten (15') Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist, und
- das Substrat (12) ferner einen fünften (28) und einen sechsten (28') Anschlusskontakt, die auf der ersten Substratebene (13) angeordnet sind, einen siebenten (29) und einen achten (29') Anschlusskontakt umfasst, die auf der zweiten Substratebene (14) angeordnet sind, wobei der siebente (29) Anschlusskontakt mit dem fünften (28) Anschlusskontakt und der achte (29') Anschlusskontakt mit dem sechsten (28') Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist und wobei der Film aus nicht verdampfbarem Getter-Material (22) mit dem fünften (28) und sechsten (28') Anschlusskontakt verbunden ist.
A housing (11) for microelectromechanical system devices, comprising:
- a substrate (12) with a first substrate plane (13) and a second substrate plane (14), which is arranged on the opposite side of the substrate (12) from the first substrate plane (13), and with a first (15) and a second (15') connection contact, which are arranged on the first substrate level (13),
- a MEMS device (18) having a first (19) and a second (19') contact pad arranged on a front side of the MEMS device, the MEMS device (18) being on the first substrate level by means of flip chip technology (13) is mounted, the front side is opposite the first substrate level (13) and the first (19) and second (19') contact points are electrically connected to the first (15) and second (15') connection contact, as a result of which an intermediate space (21 ) is formed between the MEMS device (18) and the first substrate level (13),
- a film made of a non-evaporable getter material (22) which is arranged at least partially in the intermediate space (21) on the first substrate plane (13),
- a cap structure (23) encapsulating the MEMS device (18) by being sealed to the first substrate level (13) and enclosing the MEMS device (18) between the first substrate level (13) and the cap structure (23). ,
- a third (16) and a fourth (16') connection contact, which are arranged on the second substrate level (14), wherein the third (16) connection contact is electrically connected to the first (15) connection contact and the fourth (16') terminal is electrically connected to the second (15') terminal, and
- The substrate (12) further comprises a fifth (28) and a sixth (28') connection contact, which are arranged on the first substrate level (13), a seventh (29) and an eighth (29') connection contact, which are arranged on the second Substrate plane (14) are arranged, wherein the seventh (29) connection contact is electrically connected to the fifth (28) connection contact and the eighth (29') connection contact is electrically connected to the sixth (28') connection contact and the film consists of non-evaporable getter material (22) is connected to the fifth (28) and sixth (28') connection contact.
Description
Diese Erfindung betrifft mikroelektromechanische Systeme (MEMS), wie z.B. SAW-Vorrichtungen und BAW/FBAR-Resonatoren oder -Filter, oder Sensoren. Insbesondere betrifft diese Erfindung Gehäuse für MEMS-Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben.This invention relates to microelectromechanical systems (MEMS) such as SAW devices and BAW/FBAR resonators or filters, or sensors. More particularly, this invention relates to packages for MEMS devices and methods of making the same.
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) umfassen üblicherweise mikromechanische Elemente, Aktuatoren und elektronische Bauteile. Nach der Fertigung kann eine MEMS-Vorrichtung in einer Kammer zum Schutz der mechanischen Struktur vor Schäden und der Kontamination mit Verunreinigungen, welche eine Leistungsminderung, Verhaltensabweichungen oder einen Ausfall der MEMS-Vorrichtung verursachen können, untergebracht werden.Microelectromechanical systems (MEMS) typically include micromechanical elements, actuators, and electronic components. After fabrication, a MEMS device may be housed in a chamber to protect the mechanical structure from damage and contamination with contaminants that may cause performance degradation, behavioral variations, or failure of the MEMS device.
Zum Beispiel offenbart
Die US-Patentanmeldung
Die US-Patentanmeldung
Die
Die
Die Verfahren zur Herstellung dieser Arten von MEMS-Gehäuse sind relativ komplex und teuer. Darüber hinaus führen herkömmliche MEMS-Gehäuse im Vergleich zu den Dimensionen des MEMS selbst üblicherweise zu einer relativ großen Gesamtgröße des Gehäuses und erfüllen daher den derzeitigen Bedarf an kleineren MEMS-Komponenten, die in miniaturisierten Schaltungen und Vorrichtungen mit höherer Komponentendichte benötigt werden, nicht.The processes for manufacturing these types of MEMS packages are relatively complex and expensive. Furthermore, conventional MEMS packages typically result in a relatively large overall size of the package compared to the dimensions of the MEMS itself, and therefore do not meet current needs for smaller MEMS components required in miniaturized circuits and devices with higher component density.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gehäuse für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen bereitzustellen, das einige der Nachteile des oben genannten Standes der Technik überwindet oder zumindest reduziert.It is therefore an object of the present invention to provide an improved package for microelectromechanical system devices which overcomes or at least reduces some of the disadvantages of the above prior art.
Die unabhängigen Produkt- und Verfahrensansprüche stellen eine Lösung für die oben genannten Probleme bereit. Die abhängigen Ansprüche stellen weitere bevorzugte Ausführungsformen bereit.The independent product and method claims provide a solution to the above problems. The dependent claims provide further preferred embodiments.
Die Erfindung stellt ein Gehäuse für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen bereit, welches ein Substrat mit einer ersten Substratebene und einer zweiten, auf der der ersten Substratebene entgegengesetzten Seite des Substrats liegenden Substratebene umfasst, und mit einem ersten und einem zweiten Anschlusskontakt, die auf der ersten Substratebene angeordnet sind. Eine MEMS-Vorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Kontaktstelle, die auf einer Vorderseite der MEMS-Vorrichtung angeordnet sind, wird mittels Flipchip-Technologie auf der ersten Substratebene montiert, sodass die Vorderseite der MEMS-Vorrichtung der ersten Substratebene gegenüberliegt und die erste und zweite Kontaktstelle elektrisch mit dem ersten und zweiten Anschlusskontakt verbunden sind, wodurch ein Zwischenraum zwischen der MEMS-Vorrichtung und der ersten Substratebene gebildet wird. Ein Film aus einem nicht verdampfbaren Getter-Material wird auf der ersten Substratebene zumindest teilweise im Zwischenraum angeordnet. Eine Deckstruktur kapselt die MEMS-Vorrichtung, indem sie mit der ersten Substratebene versiegelt ist und die MEMS-Vorrichtung zwischen der ersten Substratebene und der Deckstruktur einschließt. Es sind eine dritter und ein vierter Anschlusskontakt auf der zweiten Substratebene angeordnet, wobei der dritte Anschlusskontakt mit dem ersten Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist und der vierte Anschlusskontakt mit dem zweiten Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist. Ferner umfasst das Substrat einen fünften und ein sechster Anschlusskontakt, die auf der ersten Substratebene angeordnet sind und einen siebenten und einen achten Anschlusskontakt, die auf der zweiten Substratebene angeordnet sind, wobei der siebente Anschlusskontakt mit dem fünften Anschlusskontakt und der achte Anschlusskontakt mit dem sechsten Anschlusskontakt elektrisch verbunden ist und wobei der Film aus nicht verdampfbarem Getter-Material mit dem fünften und sechsten Anschlusskontakt verbunden ist.The invention provides a housing for microelectromechanical system devices, which comprises a substrate having a first substrate level and a second substrate level lying on the opposite side of the substrate from the first substrate level, and having a first and a second connection contact which are arranged on the first substrate level . A MEMS device with a first and a second contact pad, which are arranged on a front side of the MEMS device, is mounted using flip chip technology on the first substrate level so that the front side of the MEMS device faces the first substrate level and the first and second Pad are electrically connected to the first and second terminal pads, thereby forming a gap between the MEMS device and the first substrate level. A film of non-evaporable getter material is at least partially interspaced on the first substrate plane. A cover structure encapsulates the MEMS device, by being sealed to the first substrate level and enclosing the MEMS device between the first substrate level and the cap structure. A third and a fourth connection contact are arranged on the second substrate level, the third connection contact being electrically connected to the first connection contact and the fourth connection contact being electrically connected to the second connection contact. Furthermore, the substrate comprises a fifth and a sixth connection contact, which are arranged on the first substrate level, and a seventh and an eighth connection contact, which are arranged on the second substrate level, the seventh connection contact being connected to the fifth connection contact and the eighth connection contact being connected to the sixth connection contact is electrically connected and wherein the film of non-evaporable getter material is connected to the fifth and sixth terminal contacts.
Wie hier verwendet bedeutet das nicht verdampfbare Getter- (NEG-) Material ein reaktives Material, welches die Fähigkeit hat, sich chemisch oder durch Absorption mit Gasmolekülen zu verbinden. Insbesondere ist zu verstehen, dass der Begriff „nicht verdampfbarer Getter“ hier zur Unterscheidung von „verdampfbaren Gettern“ verwendet wird, d.h. das nicht verdampfbare Getter-Material bleibt während der Abscheidung oder Aktivierung in einem festen Zustand, anstatt verdampft und auf einer Oberfläche kondensiert zu werden.As used herein, non-evaporable getter (NEG) material means a reactive material that has the ability to combine chemically or by absorption with gas molecules. In particular, it is to be understood that the term "non-evaporable getter" is used herein to distinguish from "evaporable getters", i.e. the non-evaporable getter material remains in a solid state during deposition or activation, rather than being vaporized and condensed onto a surface become.
MEMS-Vorrichtungen wie z.B. BAW- oder FBAR-Resonatoren oder -Filter können sehr empfindlich gegenüber der Absorption oder Adsorption von Gas oder Feuchtigkeit auf einer ihrer Oberflächen sein. Dieses Phänomen kann als Massenbelastungseffekt fungieren, der zum Beispiel eine Frequenzverschiebung der Vorrichtung zur Folge hat. Ferner kann dies die Korrosion dünner Leiterbahnen von z.B. SAW-Vorrichtungen und damit einen Leistungsverlust oder Ausfall der Vorrichtung bewirken. Während Gehäuse für MEMS-Vorrichtungen unter Vakuum versiegelt werden können, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bemerkt, dass dies nicht die Adsorption oder Absorption von Molekülen verhindert, die aus im Gehäuse enthaltenen Materialien ausgasen oder desorbiert werden oder von außen in ein nicht hermetisch versiegeltes Gehäuse diffundieren. Durch das Anordnen eines Films aus einem nicht verdampfbaren Getter-Material in dem MEMS-Gehäuse, erreichen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Erhaltung eines hohen Vakuums innerhalb des Gehäuses, wodurch die nachteilige Wirkung von Gasverunreinigungen auf der MEMS-Vorrichtung vorteilhaft reduziert oder verhindert wird. Auf diese Weise können eine höhere Genauigkeit der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der MEMS-Vorrichtung und eine verbesserte Langzeitleistung erzielt werden. Gleichzeitig ist die Gehäuseanordnung der vorliegenden Erfindung viel kleiner als herkömmliche Gehäuseanordnungen, die zum Beispiel Drahtbonden verwenden, um die MEMS-Vorrichtung mit einer externen Schaltung zu verbinden.MEMS devices such as BAW or FBAR resonators or filters can be very sensitive to the absorption or adsorption of gas or moisture on one of their surfaces. This phenomenon can function as a mass loading effect resulting in, for example, a frequency shift of the device. Furthermore, it can cause corrosion of thin conductor lines of, for example, SAW devices, and thus a loss of performance or failure of the device. While packages for MEMS devices can be sealed under vacuum, the inventors of the present invention have noted that this does not prevent the adsorption or absorption of molecules that outgas or are desorbed from materials contained within the package or from the outside into a non-hermetically sealed package diffuse. By placing a film of non-evaporable getter material within the MEMS package, the inventors of the present invention achieve the maintenance of a high vacuum within the package, thereby advantageously reducing or preventing the adverse effect of gas contaminants on the MEMS device. In this way, higher accuracy of the electrical and mechanical properties of the MEMS device and improved long-term performance can be achieved. At the same time, the package assembly of the present invention is much smaller than conventional package assemblies that use, for example, wire bonding to connect the MEMS device to external circuitry.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Gehäuse für MEMS-Vorrichtungen ferner einen dritten und einen vierten Anschlusskontakt, die auf der zweiten Substratebene angeordnet sind. Der dritte Anschlusskontakt ist mit dem ersten Anschlusskontakt elektrisch verbunden, und der vierte Anschlusskontakt ist mit dem zweiten Anschlusskontakt elektrisch verbunden. Zum Beispiel können der dritte und vierte Anschlusskontakt dazu geeignet sein, das Gehäuse für MEMS-Vorrichtungen mit einer externen Schaltung zu verbinden. Insbesondere können der dritte und vierte Anschlusskontakt zur Oberflächenmontage des Gehäuses für MEMS-Vorrichtungen auf einer Leiterplatte geeignet sein. Auf diese Weise können die Platzanforderungen des Vorrichtungsgehäuses signifikant reduziert werden, was wiederum die Miniaturisierung von Schaltungen und Vorrichtungen erlaubt und auch die Herstellungskosten reduziert.In the embodiment of the present invention, the package for MEMS devices further includes third and fourth connection pads arranged on the second substrate level. The third terminal is electrically connected to the first terminal and the fourth terminal is electrically connected to the second terminal. For example, the third and fourth contact pads may be adapted to connect the MEMS device package to external circuitry. In particular, the third and fourth connection contacts may be suitable for surface mounting the package for MEMS devices on a printed circuit board. In this way, the space requirements of the device package can be significantly reduced, which in turn allows miniaturization of circuits and devices and also reduces manufacturing costs.
Die MEMS-Vorrichtung kann auch weitere Kontaktstellen umfassen. Zum Beispiel können Kontaktstellen für eine elektrische Masseverbindung, eine Antennenverbindung, eine Signaleingabe und/oder Signalausgabe vorhanden sein.The MEMS device may also include other pads. For example, there may be pads for an electrical ground connection, an antenna connection, a signal input, and/or a signal output.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat zumindest eine keramische Schicht. Vorzugsweise umfasst das Substrat eine keramische Vorrichtung mit einem Stapel aus zumindest zwei keramischen Schichten und zumindest einer Elektrodenschicht, die zwischen den keramischen Schichten im Stapel angeordnet ist. Das Substrat kann ferner vertikale elektrische Verbindungen umfassen, welche die Anschlusskontakte auf der ersten Substratebene mit den Anschlusskontakten auf der zweiten Substratebene und/oder der zumindest einen Elektrodenschicht verbindet. Auf diese Weise kann eine besonders verlässliche elektrische Verbindung des Vorrichtungsgehäuses mit einer externen Schaltung erreicht werden.In some embodiments, the substrate includes at least one ceramic layer. Preferably, the substrate comprises a ceramic device having a stack of at least two ceramic layers and at least one electrode layer sandwiched between the ceramic layers in the stack. The substrate can further comprise vertical electrical connections which connect the connection contacts on the first substrate level to the connection contacts on the second substrate level and/or the at least one electrode layer. In this way, a particularly reliable electrical connection of the device housing to an external circuit can be achieved.
Die keramische Vorrichtung kann auch eine Vielzahl von keramischen Schichten und zwischen den keramischen Schichten angeordnete Elektrodenschichten umfassen. Darüber hinaus kann die keramische Vorrichtung ferner passive elektrische Elemente umfassen, zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren und/oder Induktivitäten. Auf diese Weise kann durch das Gehäuse eine hohe Integration und Funktionalität der Vorrichtung erreicht werden, während gleichzeitig die Gesamtdimensionen des Gehäuses vorteilhaft klein gehalten werden.The ceramic device may also include a plurality of ceramic layers and electrode layers disposed between the ceramic layers. In addition, the ceramic device may further include passive electrical elements, such as resistors, capacitors, and/or inductors. In this way, a high level of integration and functionality of the device can be achieved by the housing, while at the same time the overall dimensions of the housing are advantageously kept small.
Vorzugsweise ist die keramische Vorrichtung eine monolithische Vielschichtkomponente mit einem Stapel aus gemeinsam gesinterten keramischen Schichten und zumindest einer Elektrodenschicht zwischen den keramischen Schichten. Zum Beispiel kann die monolithische, keramische Vielschichtkomponente eine Hochtemperatur-Einbrand-Keramik (HTCC) sein, die bei einer Sintertemperatur von circa 1.600 °C ausgebildet wird. Vorzugsweise ist die monolithische Vielschichtkomponente eine Niedrigtemperatur-Einbrand-Keramik, die bei einer Sintertemperatur von etwa 1.000°C oder weniger ausgebildet wird. Die Elektrodenschichten und Anschlusskontakte können zum Beispiel Kupfer, Gold und/oder Silber umfassen.Preferably, the ceramic device is a monolithic multi-layer component having a stack of co-sintered ceramic layers and at least one electrode layer between the ceramic layers. For example, the monolithic, multilayer ceramic component may be a high temperature single-fired ceramic (HTCC) formed at a sintering temperature of about 1600°C. Preferably, the monolithic multilayer component is a low-temperature single-fired ceramic formed at a sintering temperature of about 1000°C or less. The electrode layers and terminal contacts may comprise copper, gold and/or silver, for example.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Gehäuse für MEMS-Vorrichtungen ferner einen fünften und einen sechsten Anschlusskontakt, die auf der ersten Substratebene angeordnet sind, und einen siebenten und achten Anschlusskontakt, die auf der zweiten Substratebene angeordnet sind. Der siebente Anschlusskontakt ist mit dem fünften Anschlusskontakt elektrisch verbunden; der achte Anschlusskontakt ist mit dem sechsten Anschlusskontakt elektrisch verbunden. Der Film aus nicht verdampfbarem Getter-Material ist mit dem fünften und sechsten Anschlusskontakt elektrisch verbunden. Diese Anordnung erlaubt es zum Beispiel, über die Anschlusskontakte einen elektrischen Strom an den Film aus nicht verdampfbarem Getter-Material anzulegen. Zum Beispiel kann der elektrische Strom dazu verwendet werden, den NEG-Film lokal zu erwärmen, um den NEG mittels Joulscher Erwärmung zu aktivieren. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Heizkomponente, die elektrischen Strom in Wärme umwandelt, mit dem fünften und sechsten Anschlusskontakt elektrisch verbunden sein, und das nicht verdampfbare Getter-Material kann in wärmeleitendem Kontakt mit der Heizkomponente angeordnet sein. In the embodiment of the invention, the package for MEMS devices further comprises fifth and sixth contact pads arranged on the first substrate level and seventh and eighth contact pads arranged on the second substrate level. The seventh connection contact is electrically connected to the fifth connection contact; the eighth connection contact is electrically connected to the sixth connection contact. The film of non-evaporable getter material is electrically connected to the fifth and sixth terminal pads. This arrangement makes it possible, for example, to apply an electric current to the film of non-evaporable getter material via the connection contacts. For example, the electric current can be used to locally heat the NEG film to activate the NEG via Joule heating. In an alternative embodiment, a heating component that converts electrical current to heat may be electrically connected to the fifth and sixth terminal contacts, and the non-evaporable getter material may be placed in thermally conductive contact with the heating component.
Auf diese Weise kann das NEG-Material indirekt wärmeaktiviert werden, indem über die Anschlusskontakte ein elektrischer Strom an die Heizkomponente angelegt wird. Derartige Anordnungen können zum Beispiel in Ausführungsformen verwendet werden, worin das NEG-Material nicht elektrisch leitfähig ist.In this way, the NEG material can be indirectly thermally activated by applying an electrical current to the heating component through the terminal contacts. Such arrangements may be used, for example, in embodiments where the NEG material is not electrically conductive.
Die Deckstruktur kann mit der ersten Substratebene hermetisch versiegelt sein oder mit der ersten Substratebene nichthermetisch versiegelt sein. Vorzugsweise versiegelt die Deckstruktur mit der ersten Substratebene hermetisch.The cover structure may be hermetically sealed to the first substrate level or non-hermetically sealed to the first substrate level. Preferably, the cover structure is hermetically sealed to the first substrate level.
In einer Ausführungsform umfasst die Deckstruktur eine erste Beschichtung mit einem Polymerfilm, der die erste Substratebene in einem ersten Randbereich versiegelt und die MEMS-Vorrichtung zwischen der ersten Substratebene und dem Polymerfilm einschließt. Der Polymerfilm kann zum Beispiel einen Polyimidfilm umfassen. Ein geeignetes Beispiel ist ein Poly(4,4'-oxydiphenylen-pyromellitimid)-Film wie z.B. Kapton.In one embodiment, the cover structure comprises a first coating with a polymer film that seals the first substrate level in a first edge region and encloses the MEMS device between the first substrate level and the polymer film. For example, the polymer film may comprise a polyimide film. A suitable example is a poly(4,4'-oxydiphenylene pyromellitimide) film such as Kapton.
In einer Ausführungsform umfasst die Deckstruktur zumindest eine weitere Beschichtung, die über dem Polymerfilm angeordnet und mit der ersten Substratebene in einem zweiten Randbereich rund um den ersten Randbereich versiegelt ist und die MEMS-Vorrichtung zwischen der ersten Substratebene, dem Polymerfilm und der zumindest einen weiteren Beschichtung aus einer anorganischen Materialschicht einschließt. Zum Beispiel kann die zumindest eine weitere Beschichtung eine metallische Beschichtung, eine Siliziumoxidbeschichtung, eine Siliziumnitridbeschichtung oder Kombinationen daraus umfassen.In one embodiment, the cover structure comprises at least one further coating arranged over the polymer film and sealed to the first substrate level in a second edge area around the first edge area and the MEMS device between the first substrate level, the polymer film and the at least one further coating of an inorganic material layer. For example, the at least one other coating may include a metallic coating, a silicon oxide coating, a silicon nitride coating, or combinations thereof.
In einer Ausführungsform umfasst das nicht verdampfbare Getter-Material Zr, V, Ti, Fe oder Kombinationen daraus. In bestimmten Beispielen kann eine Zirconium-Vanadium-Titan-Legierung oder eine Zirconium-Vanadium-Eisen-Legierung vorhanden sein. Mit diesen Materialien kann die Aktivierung des NEG-Materials bei relativ niedrigen Temperaturen erzielt werden, sodass die thermische Zersetzung des Gehäuses während der Wärmeaktivierung des NEG effektiv verhindert wird, wenn die NEG-Aktivierung innerhalb des Gehäuses stattfindet.In one embodiment, the non-evaporable getter material includes Zr, V, Ti, Fe, or combinations thereof. In certain examples, a zirconium-vanadium-titanium alloy or a zirconium-vanadium-iron alloy may be present. With these materials, the activation of the NEG material can be achieved at relatively low temperatures, so that the thermal degradation of the package during the thermal activation of the NEG is effectively prevented when the NEG activation takes place inside the package.
In einer Ausführungsform wird die MEMS-Vorrichtung aus einer Gruppe bestehend aus einer SAW-Vorrichtung, einem BAW-Resonator und einem FBAR-Resonator ausgewählt. Insbesondere ist die MEMS-Vorrichtung ein BAW-Resonator oder ein FBAR-Resonator.In one embodiment, the MEMS device is selected from a group consisting of a SAW device, a BAW resonator, and an FBAR resonator. In particular, the MEMS device is a BAW resonator or an FBAR resonator.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Gehäuses für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- A) das Bereitstellen des oben beschriebenen Gehäuses für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen,
- B) das Versiegeln des Gehäuses,
- C) das Aktivieren des nicht verdampfbaren Getter-Materials.
- A) providing the housing for microelectromechanical system devices described above,
- B) sealing the housing,
- C) activating the non-evaporable getter material.
In einer Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt A) die folgenden Unterschritte:
- A1) das Bereitstellen des Substrats,
- A2) das Anordnen des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material auf der ersten Substratebene.
- A1) providing the substrate,
- A2) arranging the film of non-evaporable getter material on the first substrate level.
Der Verfahrensschritt A2) kann zum Beispiel die Sputter-Abscheidung des, die physikalische Dampfabscheidung des, das Aufdrucken des, die Tauchbeschichtung mit dem oder die Rotationsbeschichtung mit dem nicht verdampfbaren Getter-Material(s) auf der ersten Substratschicht umfassen.Process step A2) can include, for example, sputter deposition, physical vapor deposition, printing, dip coating with or spin coating with the non-evaporable getter material(s) on the first substrate layer.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren A2) ferner den Unterschritt A2') der Strukturierung des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material. Um die Strukturierung des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material zu erzielen kann eine strukturierte Maskierungsschicht auf der ersten Substratebene angeordnet werden, bevor der Film aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material auf der ersten Substratebene angeordnet wird. Die Maskierungsschicht kann Öffnungen aufweisen, welche die erste Substratebene für den Film aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material während der Abscheidung freistellen. Die Maskierungsschicht wird nach der Abscheidung des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material von der ersten Substratebene entfernt, wodurch derjenige Teil des NEG-Materials entfernt wird, der auf der Maskierungsschicht angeordnet wurde. Die Strukturierung des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material kann auch erzielt werden, indem der Film aus dem verdampfbaren Getter-Material nach der Abscheidung geätzt wird. Alternativ dazu kann eine Kombination aus einer Maskierungsschicht und dem Ätzen des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material nach der Abscheidung verwendet werden. In one embodiment, the method A2) further comprises the sub-step A2′) of structuring the film made of the non-evaporable getter material. In order to achieve the patterning of the film of non-evaporable getter material, a patterned masking layer may be placed on the first substrate level before the film of non-evaporable getter material is placed on the first substrate level. The masking layer may have openings which expose the first substrate plane for the film of non-evaporable getter material during deposition. The masking layer is removed from the first substrate level after deposition of the film of non-evaporable getter material, thereby removing that portion of the NEG material that was placed on the masking layer. The patterning of the film of non-evaporable getter material can also be achieved by etching the film of evaporable getter material after deposition. Alternatively, a combination of a masking layer and post-deposition etching of the film of non-evaporable getter material may be used.
In einer Ausführungsform wird ein Vakuum im Verfahrensschritt B) und/oder im Verfahrensschritt C) aufrechterhalten. Geeignete Vakuumbedingungen umfassen zum Beispiel Hochvakuumbedingungen mit einem Druck von max. 10-3 mbar (10-3 hPa) oder niedriger. Noch bevorzugter ist ein Druck von max. 10-4 mbar (10-4 hPa) oder niedriger.In one embodiment, a vacuum is maintained in method step B) and/or in method step C). Suitable vacuum conditions include, for example, high vacuum conditions with a pressure of max. 10-3 mbar (10-3 hPa) or lower. A pressure of max. 10-4 mbar (10-4 hPa) or lower is even more preferred.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt C) das Wärmeaktivieren des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material bei einer Temperatur zwischen 150°C und 500°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 400°C.In a further embodiment, method step C) comprises thermally activating the film of non-evaporable getter material at a temperature between 150°C and 500°C, preferably between 200°C and 400°C.
Wenn der fünfte, sechste, siebente und achte Anschlusskontakt vorhanden sind, kann das Wärmeaktivieren des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material unter Verwendung der Ohmschen Erwärmung erreicht werden, indem ein elektrischer Strom über den fünften bis achten Anschlusskontakt an den Film aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material angelegt wird. Auf diese Weise wird eine im Wesentlichen selektive Erwärmung des NEG-Films erzielt, sodass die thermische Zersetzung von stärker temperaturempfindlichen Komponenten des Gehäuses der MEMS-Vorrichtung wie z.B. der Deckstruktur vorteilhaft verhindert wird. In Ausführungsformen, in denen der fünfte, sechste, siebente und achte Anschlusskontakt nicht vorhanden sind, kann die Wärmeaktivierung des Films aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material auch dadurch erzielt werden, dass das Gehäuse der MEMS-Vorrichtung bis auf eine Temperatur erwärmt wird, welche den Film aus dem nicht verdampfbaren Getter-Material aktiviert, das Gehäuse jedoch nicht zersetzt. Diese Art der Aktivierung kann zum Beispiel in einem Ofen erfolgen.With the fifth, sixth, seventh, and eighth terminals in place, thermally activating the film of non-evaporable getter material can be achieved using ohmic heating by applying an electrical current to the film of non-evaporable getter through the fifth through eighth terminals getter material is created. In this manner, substantially selective heating of the NEG film is achieved such that thermal degradation of more temperature sensitive components of the MEMS device package, such as the cap structure, is advantageously prevented. In embodiments where the fifth, sixth, seventh, and eighth contact pads are not present, thermal activation of the film of non-evaporable getter material may also be achieved by heating the MEMS device package to a temperature that activates the film of non-evaporable getter material but does not degrade the case. This type of activation can take place in an oven, for example.
Figurenlistecharacter list
In den folgenden schematischen Figuren werden Beispiele von Gehäusen für mikroelektromechanische Systemvorrichtungen gezeigt. Die Beispiele in den Figuren sollen lediglich veranschaulichend verstanden werden und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht auf spezielle Details beschränken. Einzelne Elemente in den Figuren können mit Bezugszahlen gekennzeichnet sein. Aus Gründen der Klarheit können wiederkehrende Elemente jedoch nicht mehrfach gekennzeichnet sein.
-
1 zeigt einen Querschnitt eines grundlegenden Beispiels eines Gehäuses für MEMS-Vorrichtungen, -
2 zeigt einen Querschnitt eines Gehäuses für MEMS-Vorrichtungen mit einer Deckstruktur, welche eine erste und zweite Beschichtung umfasst, -
3 zeigt einen Querschnitt einer Weiterentwicklung des Gehäuses für MEMS-Vorrichtungen aus2 mit einem elektrisch verbundenen Film aus nicht verdampfbarem Getter-Material gemäß der Erfindung.
-
1 shows a cross-section of a basic example of a package for MEMS devices, -
2 shows a cross section of a housing for MEMS devices with a cover structure comprising a first and second coating, -
3 Figure 12 shows a cross-section of a further development of packaging for MEMS devices2 with an electrically connected film of non-evaporable getter material according to the invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 1111
- Gehäuse für MEMS-VorrichtungenPackages for MEMS devices
- 1212
- Substratsubstrate
- 1313
- erste Substratebenefirst substrate level
- 1414
- zweite Substratebenesecond substrate level
- 15, 15'15, 15'
- erster Anschlusskontakt, zweiter Anschlusskontaktfirst connection contact, second connection contact
- 16, 16'16, 16'
- dritter Anschlusskontakt, vierter Anschlusskontaktthird connection contact, fourth connection contact
- 17,17'17,17'
- vertikale elektrische Verbindungenvertical electrical connections
- 1818
- MEMS-VorrichtungMEMS device
- 19, 19'19, 19'
- erste Kontaktstelle, zweite Kontaktstellefirst point of contact, second point of contact
- 20,20'20,20'
- Lötzinnkugelsolder ball
- 2121
- Zwischenraumspace
- 2222
- Film aus nicht verdampfbarem Getter-MaterialFilm of non-evaporable getter material
- 2323
- Deckstrukturdeck structure
- 2424
- Polymerfilmpolymer film
- 2525
- zweite Beschichtungsecond coating
- 2626
- erster Randbereichfirst border area
- 2727
- zweiter Randbereichsecond edge area
- 28,28'28,28'
- fünfter Anschlusskontakt, sechster Anschlusskontaktfifth connection contact, sixth connection contact
- 29,29'29,29'
- siebenter Anschlusskontakt, achter Anschlusskontaktseventh connection contact, eighth connection contact
- 30,30'30,30'
- vertikale elektrische Verbindungenvertical electrical connections
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Legal Events
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Owner name: SNAPTRACK, INC., SAN DIEGO, US Free format text: FORMER OWNER: EPCOS AG, 81669 MUENCHEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BARDEHLE PAGENBERG PARTNERSCHAFT MBB PATENTANW, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R020 | Patent grant now final |